導讀：作為現代電子信息技術產業高速發展的源動力，芯片已廣泛滲透及融合到國民經濟和社會發展每個領域，是數字經濟、信息消費乃至國家長遠發展的重要支撐。然而，我國核心處理器芯片在全球市場份額比例至今仍不到1%，電子產品嚴重依賴從美國、韓國等國國家和地區進口處理器芯片，面臨重大“卡脖子”風險。當前，在數字信息化全面發展、國際形勢發生新變化以及新冠疫情導致芯片產能整體性不足等情況下，芯片產業生態國產化的呼聲越來越高。基于此，國家已相繼多次出臺和完善集成電路產業的利好政策，相關國產化設備和材料的市場需求在節節攀升，同時自主芯片制造企業的投入熱情及攻堅克難意志不斷加強。多位行業人士預判，國產28nm和14nm芯片將分別于今年底和明年實現規模量產。消息一出，便振奮了整個半導體市場。那么，其規模量產意味著什么？會給產業鏈中的企業帶來哪些機遇？將在新基建中扮演怎樣的角色？中國芯片產業以后該如何協同發展？帶著這些問題，觀察者網近日采訪了中科院計算技術研究所副所長包云崗博士，分析新形勢下國產中高端芯片的機遇與挑戰。

中科院計算技術研究所副所長包云崗博士

國產芯片制造技術進步明顯

數據顯示，2019年國內集成電路產業的產值超過7500億人民幣，2020年則達到了8848億元。而在整個產業發展過程中，集成電路制造行業取得的進步最為明顯。據包云崗博士介紹，經過多年耕耘布建，目前國內集成電路產業已從高速發展階段向高質量發展轉型，已經具備14nm、28nm等先進制程工藝技術，并能在短期內實現規模量產。這將進一步推動全球集成電路產能向中國大陸轉移，同時為國產芯片制造產業鏈帶來新機遇。

一方面，近年來，中國集成電路市場的迅速發展，推動了整個產業的進步與技術革新。隨著產品應用領域的專業化和細分化，國內在集成電路制造領域的技術水平不斷實現突破，比如在先進與特色工藝的研發和產業化等方面取得顯著了進展。這使得中國大陸的芯片制造與國際領先技術的差距越來越小。

另一方面，全球集成電路產能向中國大陸轉移，將為國內集成電路產業實現跨越發展奠定重要基礎。目前，國內外多家廠商都在大陸規劃建設新增產能。而在諸多新增晶圓廠逐步建設完成后，中國大陸將在降低成本、擴大產能、地域便利性等方面具備更強有力的保障及支持。顯然，這對國內集成電路產業的整體發展及完善，起到極為重要的促進作用。

毫無疑問，集成電路是國民經濟和社會發展的戰略性、基礎性、先導性產業，是電子信息產業的核心。近年來，中國正在不斷出臺產業政策，以市場化運作的方式推動集成電路產業的發展。比如2020年8月，國務院發布了《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》，進一步明確了對集成電路產業尤其是制造業的支持。由此，國內集成電路產業發展及制造技術進步還有很大想象空間。

14nm芯片助力產業換“芯”升級

在眼下集成電路產業發展形勢下，國產芯片制造的快速進步振奮人心。2019年第四季度，國產14nm工藝芯片實現量產，到了今年3月良品率已經達到90%-95%，同時已經完全有能力應對下游大規模量產的需要。目前，國產14nm領域的設備、工藝、封裝、材料等各技術工藝環節都已經有系統部署，均在按部就班進行迭代升級。多位行業人士預測，國產14nm芯片各個環節會快速得到完善，明年實現規模量產的可能性很大。

當然，要實現這些突破并不容易。包博士表示，國產14nm芯片攻克了許多技術難題，包括刻蝕機、薄膜沉積等關鍵裝備實現從無到有，并批量應用在大生產線上；后道封裝集成技術成果全面實現量產；拋光劑、濺射靶材等上百種關鍵材料，通過大生產線考核進入批量銷售等等。這些成果基本覆蓋了我國集成電路全產業鏈體系，扭轉了之前工藝技術全套引進的被動局面。

此外，他還認為，中國半導體產業曾經遺憾地錯過一個黃金年代，目前國際半導體行業巨頭幾乎都在上世紀七八十年代起步，用漫長時間和巨量人才投入才換來現在的技術積累。但縱觀全球，只有美國有結構完整的計算機產業，英國、韓國、德國、法國等都只是各有所長。但現在除了美國之外，中國也已具備了構建全產業的潛力。而單從代工環節情況來看，擁有14nm工藝技術的國家和地區只有美國、臺灣、韓國和中國大陸。

在市場應用方面，智能手機已經進入應用5nm芯片的時代，14nm制程應用已經不多。但一段時間內，14nm仍然會成為國內絕大多數中高端芯片的主要制程。數據統計，2019年上半年，整個半導體銷售市場規模約為2000億美元。其中，65%芯片采用14nm制程工藝，25%左右采用10nm和12nm，僅10%左右的芯片采用7nm。

對此，包博士表示，14nm是當下應用最廣泛、最具市場價值的制程工藝，在AI芯片、高端處理器以及汽車等領域都具有很大的發展潛力，其中主要應用包含高端消費電子產品、高速運算、低階功率放大器、基頻、AI、新能源汽車等。更重要的是，國產14nm規模量產不僅將為我國攻堅制程更高端的芯片技術積淀經驗，也將為國產芯片自給率在2025年達70%奠定有力基礎。

28nm芯片在新基建中大有可為

比起14nm制程工藝的突破，國產28nm芯片規模量產同樣意義非凡。據包博士介紹，28nm工藝是集成電路制造產能中劃分中低端與中高端的分界線。在當前的芯片種類里，除了對功耗要求比較高的CPU、GPU、AI芯片外，其余的工業級芯片都是用的28nm以上的技術，比如電視、空調、汽車、高鐵、火箭、衛星、工業機器人、電梯、醫療設備、智能手環以及無人機等等。

“由于集成電路制造還是以中低端產能為主，當前我國向中高端邁進的需求非常迫切。而一旦完全掌握了28nm技術，就意味著市場上絕大部分的芯片需求都不會被卡脖子了。”包博士說，28nm的優勢也比較明顯。在成本幾乎相同的情況下，使用28nm工藝制程可以給產品帶來更加良好的性能。例如與40nm工藝相比，28nm柵密度更高、晶體管的速度提升了約50%，每次開關時能耗減少了50%。由此，綜合考慮成本和技術因素，28nm制程在未來較長一段時間將成為中端主流工藝節點。

正因如此，國務院去年發布了《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展若干政策的通知》，其中提到對28nm及以下的晶圓廠/企業加大稅費優惠支持力度，增加對"中國鼓勵的集成電路線寬小于28nm（含），且經營期在15年以上的集成電路生產企業或項目，第一年至第十年免征企業所得稅"等內容。

在市場應用方面，包博士稱，國產28nm芯片國內市場廣闊。目前，國內芯片制造企業產能已基本全線利用，至少達到了98%。這是最近五年來產能利用率最高的一年。而隨著數字經濟快速發展，中國正在全力開展新基礎建設工程，對芯片的需求十分旺盛。雖然與5nm、7nm相比，28nm的工藝還有一定差距，但在5G、新能源汽車、特高壓、大數據中心、人工智能、工業互聯網等國家大力發展的領域中已經屬于成熟工藝，不論在成本還是在芯片功耗、功能與性能三大指標上，都是性價比最高的工藝制程。

根據調研機構IC insights發布的《2020-2024年全球晶圓產能》報告顯示，2019年，10nm以下先進制程的芯片產能占總產能的4.4%，而大于28nm的成熟制程產能則占52%。因此，加快國產28nm芯片布局，不僅有利于在這一領域站穩腳跟，而且在芯片國產替代和新基建大潮下大有可為。包博士指出，國內已經具備28nm技術節點完規模量產能力。在集成電路各產業鏈環節，有些企業研發已經取得了不俗成就，有些企業的產品生產線上已經得到具體應用。與此同時，國內在一些細分領域還實現了顯著突破，比如在介質刻蝕領域已達到全球先進水平。

提高服務能力可加速技術迭代

芯片是通信信息產業的核心，應用前景巨大。對于國產芯片是否可以滿足包括5G通訊在內的通訊設備性能方面的需求，包博士表示，國產14nm芯片可以滿足5G通信、高性能計算等領域的大部分需求。此外，國內也在積極開發7nm等先進工藝制程芯片，未來將有效緩解高端芯片代工領域的對外依存狀況。

但芯片畢竟是硬件，只有在軟件層面充分調動芯片的性能，才可以體現芯片的價值。依據國際歷史經驗看，通過軟件的調試也可以改變芯片的特性。對此，包博士指出，“國內通訊運營商、設備提供商以及通訊方案服務商，也需要清楚當下芯片產業的變化，努力通過‘軟硬件結合’的模式創新服務方案、設備架構，以適應時代的變化發展。 ”今年4月，國內已經實現7nm芯片試產，取得了階段性成果。如果進展順利，今年底或明年初時即可以實現7nm芯片批量生產。

不過，在5nm芯片工藝研發方面，國內依然面臨不少困難。一方面，美國的限制一直未能出現根本性的解除，導致國內依然難以獲得頂級水平的光刻機。另一方面，5nm芯片本身也是一個巨大的技術挑戰，難度要高出7nm很多。但在面臨多項壓力、困難下，國內也已經啟動了5nm芯片工藝研發，力求在2021年底之前先打通完整工藝流程，再向實驗生產階段邁進。

至于芯片制造企業是不是應該把所有資源都投入去研制更先進工藝？包博士提示，國內也許應該分配足夠的資源來提升中低端工藝的服務能力，加大投入完善中低端工藝的生態，從設備、材料、單元庫、EDA、IP等都積累起來并打磨好，從而力爭在國際上形成市場競爭力。當中低端工藝能成為穩定的現金流來源，再去攻克高端工藝也許更有把握。

“中低端工藝對于國內企業已基本不存在大的技術壁壘，但這部分的收入卻和臺積電等企業差距巨大。這是生態的差距，是服務能力的差距。相比研制先進工藝的投入，完善中低端工藝的投入要小得多，但收益卻可能會更顯著。 ”根據國內的流片經歷來看，芯片制造企業的服務能力的確還有很大提升空間。如果能進一步提高服務意識和服務能力，那將會吸引一大批鐵桿客戶形成互信，從而加速技術的迭代優化。

國產中高端芯片未來可期

對于整個集成電路產業以及與芯片密切相關的數字通信、電子產業的看法，包博士認為，芯片作為未來工業真正的明珠，不僅是全球化最徹底的產業，也是全球最高級別的創新協作體系。現在，國內技術在滿足做大量普通芯片方面并不存在卡脖子，所謂的卡脖子是在頂級芯片領域被卡了脖子。但要實現突破，芯片產業需要同時具備充足的資本和技術儲備，建立一個全球創新的協作體系，以及清晰意識到芯片產業發展的規律：當前的自主研發是為了更好地融于全球市場，而不是脫離全球市場另起爐灶。

此外，除了我國芯片產業自身的奮力發展，其他相關領域如數字化、通訊以及電子產業，一定程度上也需要重新定義產業發展方向。在5G通訊快速發展的當下，相關產業要努力融于全球化產業體系，主動增加國際體系對國內產業的依賴性，從而提升自身話語權。

比如在開發通信產業方面，華為在4月舉辦的全球分析師大會上所傳遞出戰略：華為將“優化產業組合、增強產業韌性”開發相關軟件場景。從中可見，在當前“軟硬件結合”的產業體系中，這樣的戰略將保證華為繼續融于全球通訊體系。

對于國內集成電路產業發展現狀及形勢走向，包博士表示：一方面是因為當前國際形勢，使得中國下定決心大力發展集成電路產業，另一方面也是未來智能物聯網時代將會使芯片需求擴大一個數量級，甚至每年達到上千億顆的需求。但國內的芯片基礎較差是一個既定事實，必須承認。面對這樣的事實，如何去做、去滿足需求，才是可以真正體現中國企業家精神的地方。

毫無疑問，集成電路產業是資金密集、換代頻繁、人才尖端的全球前沿產業之一，技術難度高且試錯成本大。從美、日、韓、臺等國家和地區集成電路產業發展歷程看，后發國家和地區趕超不會一蹴而就，需要有自主發展的決心、艱苦奮斗的恒心、趕超成功的信心，更要有強大持續的資金、迭代演進的技術、素質達標的人才、產用聯動的市場。最終，集聚資本、技術、人才、市場四大合力要素，國產中高端芯片才可能成功實現趕超發展。

就國內目前的發展狀況而言，在國際形勢風云變幻、數字經濟日新月異、產業轉型升級愈發緊迫以及新基建大潮來臨等情況下，國產中高端芯片的應用需求及前景勢必十分廣闊。另外，隨著5G和AIoT時代到來，尤其是在智慧城市、自動駕駛、安防物聯網等領域各項產品日趨豐富，芯片也逐漸專注于針對特殊場景的開發及優化，從而使得專用芯片即將迎來“百花齊放”時代。因此，在龐大的市場空間下，國產中高端芯片未來可期、大有可為！